田立新 張向濤 彭光榮 杜曉東 吳 靜 蔡國富 朱定偉
(中海石油(中國)有限公司深圳分公司 廣東深圳 518054)
陽江凹陷主體位于珠三坳陷,東側(cè)毗鄰珠一坳陷[1]。該凹陷于1979年開始進(jìn)行油氣勘探,先后經(jīng)歷了石油普查(1979—1992年)、對外合作(1992—2011年)、自營勘探發(fā)現(xiàn)(2012年—現(xiàn)今)等3個階段[2]。截至2011年,該凹陷及周緣鉆探井和評價井共9口,僅發(fā)現(xiàn)3個含油氣構(gòu)造,未獲得商業(yè)性發(fā)現(xiàn)。2012年進(jìn)入自營勘探后,在深入總結(jié)以前勘探成果、經(jīng)驗及教訓(xùn)的基礎(chǔ)上,從生、儲、蓋、圈、運(yùn)、保等方面對該凹陷石油地質(zhì)條件進(jìn)行了再研究,明確了凹陷油氣勘探潛力,后續(xù)鉆探發(fā)現(xiàn)探明儲量超4 000×104m3,揭開了陽江凹陷新區(qū)油氣勘探的序幕。
陽江凹陷歷來被認(rèn)為是珠江口盆地的一個邊緣凹陷,勘探程度低,僅有部分學(xué)者對凹陷的構(gòu)造特征、斷裂對油氣成藏的影響進(jìn)行過研究[3-5]。本文基于區(qū)域地質(zhì)背景、地震、鉆井和地球化學(xué)等資料,結(jié)合近期工作中的各項研究成果與認(rèn)識,對陽江凹陷的烴源巖、儲層、圈閉、油氣藏特征及控藏要素、成藏模式進(jìn)行總結(jié)與分析,以期為珠江口盆地其他地區(qū)新區(qū)勘探提供借鑒。
陽江凹陷為珠江口盆地珠三坳陷北東端的一個二級構(gòu)造單元,是在以古生界沉積巖和淺變質(zhì)巖為主的基底上發(fā)育的新生代陸緣拉張型斷陷[6-7]。珠江口盆地珠三坳陷與珠一坳陷具有相似的大地構(gòu)造背景,但由于基底性質(zhì)及構(gòu)造演化等方面的差異,二者的凹陷地質(zhì)條件各具特色,石油地質(zhì)特征亦呈現(xiàn)出一定的差異[8-12]。
陽江凹陷為北東—南西走向的長條狀凹陷,面積約2 300 km2,北部毗鄰陽春凸起、海南隆起,西南部以陽江低凸起與文昌A凹分隔,東側(cè)為珠一坳陷恩平凹陷,水深80~100 m;自西向東依次劃分為陽江西凹、陽江中低凸起、陽江東凹。其中,陽江西凹的主體為陽江33洼,陽江東凹自西向東可劃分為陽江24洼、恩平19洼、恩平20洼及恩平21洼等4個次洼(圖1)。
與珠江口盆地東部其他凹陷相同,陽江凹陷具有“下斷上拗”、“下陸上?!钡碾p層構(gòu)造-沉積特征,其中下部為斷陷結(jié)構(gòu),包括文昌組、恩平組,屬陸相沉積體系;上部為坳陷結(jié)構(gòu),包括珠海組、珠江組、韓江組、粵海組、萬山組及第四系,屬海相沉積體系[13-14]。陽江凹陷在始新世的斷陷活動具有“東早西晚”的特征,文昌組僅發(fā)育于陽江東凹(圖2)。
圖1 陽江凹陷構(gòu)造單元劃分Fig.1 Tectonic division of Yangjiang sag,Pearl River Mouth Basin
圖2 陽江凹陷地層層序結(jié)構(gòu)樣式(剖面位置見圖1)Fig.2 Stratigraphic sequence structural pettern of Yangjiang sag,Pearl River Mouth Basin(see Fig.1 for location)
自始新世以來,陽江凹陷發(fā)育文昌組和恩平組斷陷期沉積地層,文昌組最大厚度為2 600 m,恩平組最大厚度約2 000 m。油源對比結(jié)果顯示,珠一坳陷已發(fā)現(xiàn)油田的原油95%來源于文昌組中深湖相烴源巖[15],而珠三坳陷文昌A凹陷的主力烴源巖則是湖沼相的恩平組烴源巖,兼有文昌組中深湖相烴源巖的貢獻(xiàn)[16-17]。在對外合作階段,處于珠一坳陷與珠三坳陷結(jié)合部的陽江凹陷主力烴源巖一直未有定論[2]。通過構(gòu)造、沉積、地球化學(xué)特征的對比研究,認(rèn)為陽江東凹與西凹的主力烴源巖類型具有較大差異,東凹的主力烴源巖為文昌組中深湖相烴源巖,次要烴源巖為文昌組與恩平組淺湖沉積;而西凹的主力烴源巖為恩平組淺湖-沼澤相沉積。
在斷陷期差異化的控凹斷裂構(gòu)造樣式和構(gòu)造活動遷移控制下,陽江凹陷發(fā)育了空間變換頻繁的洼陷結(jié)構(gòu)類型,其中陽江東凹發(fā)育了3類洼陷結(jié)構(gòu)類型,即陽江24洼與恩平19洼復(fù)式半地塹、恩平20洼不對稱地塹以及恩平21洼南斷北超半地塹;而陽江西凹為以陽江北斷裂主控下的不對稱地塹。洼陷結(jié)構(gòu)類型及演化特征的差異性,控制了陽江凹陷的烴源巖類型及分布的差異性[2,4]。地層對比顯示,文昌組只在陽江東凹有分布(圖2),自下而上可分為文三、文二和文一段。陽江東凹及其周緣具有洼隆相間的構(gòu)造格局以及基底破碎的古地貌,文昌組沉積期未構(gòu)成大型穩(wěn)定的物源輸入,為中深湖相烴源巖的發(fā)育提供了良好的富集與保存條件[2]。陽江東凹文昌組中深湖分布具有自東向西遷移的特征:文三段中深湖主要分布在恩平21洼;文二段中深湖連片分布在恩平20-恩平21洼,陽江24洼東西兩側(cè)也有發(fā)育;文一段中深湖分布在恩平20洼以及陽江24洼近北側(cè)控洼斷層附近,恩平19洼也有局限分布(圖3)??傮w而言,陽江凹陷文昌組以中深湖相間差異分布、周緣分散砂體小為特征,其中恩平20洼中深湖相在垂向疊加和平面分布上最為穩(wěn)定。
恩平組沉積期充填了較厚的地層,此時地層連片分布,并覆蓋了陽江凹陷的大部分區(qū)域,以陸相河沼-淺湖—河流三角洲沉積體系為主。陽江東凹恩平組以廣盆淺湖和廣泛分布淺水辮狀河三角洲為特征,而陽江西凹恩平組以河沼相充填為特征(圖4)。
圖3 陽江凹陷文昌組沉積相Fig.3 Sedimentary facies of Wenchang Formation in Yangjiang sag,Pearl River Mouth Basin
圖4 陽江凹陷恩平組沉積相Fig.4 Sedimentary facies of Enping Formation in Yangjiang sag,Pearl River Mouth Basin
表1 陽江凹陷典型原油生物標(biāo)志化合物組成特征Table1 Biomarker characteristics of oils in Yangjiang sag,Pearl River Mouth Basin
陽江凹陷的東凹與西凹具有差異的主力烴源巖特征,在原油生物標(biāo)志化合物特征上也能體現(xiàn)出(表1)。恩平20洼Y10-1井和恩平19洼Y9-1井原油或砂巖抽提烴中顯示為陽江東凹文昌組中深湖相烴源巖與文昌組或恩平組淺湖相烴源巖等2種類型烴源巖的貢獻(xiàn),而陽江西凹Y2-1井原油生物標(biāo)志化合物特征揭示恩平組河沼相烴源巖為主力烴源巖。通常認(rèn)為,高含量的C30-4甲基甾烷是早始新統(tǒng)文昌組中深湖相烴源巖的典型特征化合物,而較高含量的樹脂化合物W、T以及微量或無C30-4甲基甾烷是晚始新統(tǒng)恩平組河沼相、濱淺湖相烴源巖的典型特征化合物,這兩類烴源巖是珠江口盆地珠一、珠三坳陷主要的烴源巖類型[15-16]。陽江東凹Y10-1井顯示存在兩類原油:第1類原油分布在韓江組下段,遭受輕微生物降解,Pr/Ph值為3.37,C30-4甲基甾烷豐富,Ts含量高于Tm,Ts/Tm值為1.51,T化合物含量較低,原油主要來源于鄰近恩平20洼文昌組半深—深湖相烴源巖;第2類原油分布在珠江組上段,Pr/Ph值為2.04~3.13,C30-4甲基甾烷豐富,Ts含量明顯高于Tm,Ts/Tm值為1.92~2.17,T化合物含量普遍較高,原油主要來源于恩平20洼文昌組半深—深湖相烴源巖,同時具有陸生植物輸入豐富的文昌組或恩平組淺湖相烴源巖的顯著貢獻(xiàn)。第2類原油是恩平20洼主要的原油類型,且與恩平19洼Y9-1井原油類型較為一致。陽江西凹Y2-1井生物標(biāo)志化合物特征顯示,原油Pr/Ph值約為5.0,全油碳同位素偏輕,δ13C值為-28.57‰,長側(cè)鏈三環(huán)萜烷中C19與C20三環(huán)萜烷含量較高,整體形態(tài)以C19為主峰呈階梯狀分布,未檢測到C30-4甲基甾烷,Ts含量明顯低于Tm,有一定含量的奧利烷,T化合物含量較高,表明陸源高等植物貢獻(xiàn)較大,形成于氧化環(huán)境,判斷其來源于恩平組淺湖—沼澤相烴源巖。
基于少量鉆井資料,前人指出珠三坳陷北部與陽江凹陷在珠?!n江期形成了多套中淺層儲蓋組合[18]。區(qū)域?qū)Ρ妊芯堪l(fā)現(xiàn),陽江凹陷的沉積儲層主要受控于古珠江三角洲的發(fā)育演化及區(qū)域海平面升降,其中陽江東凹主要目的層段珠江組—韓江組為三角洲前緣沉積體系,陽江西凹主要目的層段珠海組—珠江組為三角洲-淺海相沉積體系[18],兩者具有較大差異。這里以陽江東凹為例,對其沉積體系及儲層特征進(jìn)行闡述。
珠江組沉積時期,海平面大規(guī)模上升,古珠江三角洲以加積-退積為特征,陽江東凹發(fā)育以內(nèi)前緣為主體的三角洲前緣沉積體系(圖5a),儲層類型為水下分流河道砂與河口壩砂,且以水下分流河道砂為主。對陽江東凹多口井進(jìn)行巖心常規(guī)分析、微觀分析、特殊分析等,結(jié)果表明,珠江組儲層為細(xì)—中粒砂巖,顆粒主要為點接觸,磨圓為次棱—次圓,儲集空間以原生粒間孔為主;孔隙度為14.3%~32.2%,中值為25.2%;滲透率3.3~8 851 m D,中值為1 022 mD,屬于中高孔、中—特高滲儲層;壓汞曲線顯示排驅(qū)壓力多在0.03 MPa以下,孔隙結(jié)構(gòu)優(yōu)良(圖6)。
韓江組沉積時期,海平面繼續(xù)上升,古珠江三角洲后撤,陽江東凹處于三角洲外前緣(圖5b),發(fā)育以三角洲前緣河口壩砂為主、水下分流河道砂為輔的儲層,泥質(zhì)含量較珠江組變高,導(dǎo)致儲層物性變差。韓江組儲層以粉砂—細(xì)砂巖為主,孔隙度為9.0%~32.1%,中值為22.5%;滲透率1.3~4 273 mD,中值為76.6 mD,屬于中孔、中滲儲層;壓汞曲線顯示排驅(qū)壓力多在0.05 MPa以下,儲層物性整體比珠江組略差(圖6)。
圖5 陽江東凹珠江組上段及韓江組下段沉積相Fig.5 Sedimentary facies of Upper Zhujiang and Lower Hanjiang Formation in Yangjiang East sag,Pearl River Mouth Basin
圖6 陽江東凹珠江組及韓江組儲層特征Fig.6 Reservoir characteristics of Zhujiang and Hanjiang Formation in Yangjiang East sag,Pearl River Mouth Basin
陽江凹陷在古近紀(jì)至新近紀(jì)的構(gòu)造演化中,張性應(yīng)力場占據(jù)主導(dǎo)地位[14,19-20],凹陷及其周緣凸起在張性應(yīng)力背景下發(fā)育了以伸展構(gòu)造為主的構(gòu)造樣式,圈閉形成與伸展構(gòu)造緊密相關(guān)[4]。陽江凹陷可分為7個二級構(gòu)造帶,其中新近紀(jì)伸展拗陷期形成的斷塊、斷鼻、斷背斜等與斷裂相關(guān)的構(gòu)造圈閉是主要圈閉類型,分布于凹陷陡坡帶及內(nèi)部;而因基底古隆起所形成的披覆背斜則分布于陽江中低凸起(圖7)。由于構(gòu)造背景、局部應(yīng)力場及基底完整性的差異,陽江33洼及陽江24洼斷圈特征相似,與陽江東凹其他洼陷的斷圈特征不同。
分析認(rèn)為,陽江33洼及陽江24洼控洼斷層為NE-SW走向,斷層平面走向較平直;在新近紀(jì)NNESSW向伸展應(yīng)力場作用下,在控洼斷裂附近發(fā)育NW-SE向次級斷裂,共同控制形成一系列長條狀斷鼻、斷塊等圈閉,主要分布于珠海組-韓江組[4]。而恩平19洼、恩平20洼及恩平21洼處于珠一坳陷與珠三坳陷之間的NW-SE走向構(gòu)造變換帶,具有伸展和走滑運(yùn)動雙重性質(zhì),發(fā)育南、北兩組近E-W走向控洼斷層,疊合NW-SE向晚期雁列式斷層,共同控制形成一系列珠海組—韓江組棱狀斷塊、斷鼻和斷背斜等圈閉,其中控洼斷層上升盤發(fā)育受基底隆起控制的斷背斜和斷鼻,部分被晚期斷裂切割而形成斷塊;斷裂下降盤主體部位發(fā)育一系列滾動背斜,部分被雁列式斷層的張扭段切割而形成斷鼻、斷背斜,這組雁列式斷層的東南段發(fā)散呈馬尾狀、帚狀,發(fā)育多個斷塊圈閉。
近兩年,在恩平20斷裂背斜構(gòu)造帶和恩平21斷裂構(gòu)造帶連續(xù)發(fā)現(xiàn)2個中型油田(Y10、Y11油田)和1個小型油田(Y14油田)。這3個油田均為典型的構(gòu)造油藏,以邊水油藏為主,少量為底水油藏;均為常溫常壓系統(tǒng),壓力系數(shù)1.009~1.024,地溫梯度為3.85℃/100 m。
圖7 陽江凹陷二級構(gòu)造帶劃分示意圖Fig.7 Secondary structural belts division sketch map of Yangjiang sag,Pearl River Mouth Basin
表2 陽江凹陷不同層段油藏參數(shù)統(tǒng)計表Table2 Parameter statistics of oil reservoirs of different formation in Yangjiang sag,Pearl River Mouth Basin
如表2所示,陽江東凹的珠海組至韓江組上段儲蓋組合發(fā)育,以珠江組上段和韓江組下段最為優(yōu)越,儲量也最大,二者儲量占比分別為35.8%和46.6%,少量分布在韓江組上段、珠江組下段和珠海組。該地區(qū)油藏埋藏淺,主力油層韓江組下段—珠江組上段埋深1 500~2 300 m,油藏有效厚度較??;原油為常規(guī)原油,地面原油密度0.783~0.922 g/cm3,其中珠江組上段原油密度平均0.866 g/cm3,主體為輕質(zhì)原油,韓江組下段原油密度略高,平均為0.905 g/cm3,以中—輕質(zhì)原油為主;原油黏度為0.38~10.39 mPa·s,幾乎不含蠟,含硫量普遍低于0.14%;氣油比介于4~84.8 m3/m3,體積系數(shù)介于1.081~1.284。
陽江西凹探井錄井熒光顯示豐富,但無規(guī)模油氣發(fā)現(xiàn),僅Y2-1井在珠江組見兩層薄油層,厚度分別為3 m和1.9 m,孔隙度20%~23%,含油飽和度35%~55%。對第1層油層進(jìn)行電纜測試,取出20500 cm3液體,含油44%;實驗分析表明,地面條件下該油層原油密度0.800 4 g/cm3,凝固點20℃/100 m,含硫量0.06%,含蠟量8.22%。
分析認(rèn)為,陽江凹陷Y10、Y11和Y14油田的油氣成藏與烴源巖、斷裂、圈閉密切相關(guān),具有斷裂通源能力控制油氣富集層段、圈閉有效性控制油氣富集程度及“源-斷-圈”耦合近源成藏的特征。
為研究油源斷裂活動強(qiáng)度差異性對油氣富集層段的控制作用,根據(jù)發(fā)育時期、活動強(qiáng)度和輸導(dǎo)油氣作用等,將陽江凹陷主要油源斷裂分為3個級別:一級油源斷裂為古近紀(jì)控洼控沉積、新近紀(jì)繼承性活動的斷裂,包括控洼斷裂F4、F5的主體部分;二級油源斷裂為斷至基底但不控制古近紀(jì)沉積、新近紀(jì)繼承性活動的斷裂,主要為F4、F5斷裂的尾端;三級油源斷裂為斷至文昌組但未斷至基底、新近紀(jì)繼承性活動的斷裂,主要分布于恩平20洼內(nèi)部及恩平21洼北部(圖8、9)。
圖8 陽江東凹油源斷裂性質(zhì)及分級示意圖Fig.8 Properties and levels of oil-source faults in Yangjiang East sag,Pearl River Mouth Basin
圖9 陽江東凹油氣成藏模式圖(剖面位置見圖8)Fig.9 Hydrocarbon accumulation pattern in Yangjiang East sag,Pearl River Mouth Basin(see Fig.8 for location)
斷裂通源能力控制油氣富集層段,不僅表現(xiàn)在不同級別油源斷裂的垂向疏導(dǎo)油氣能力不同,還表現(xiàn)在同一級別油源斷裂的不同部位的垂向疏導(dǎo)能力也不同。例如,一級油源斷裂F4附近的圈閉最淺油氣顯示層段為韓江組(Y10-1、Y11-1等井),而三級油源斷裂附近的圈閉最淺油氣顯示為珠江組下段(Y14-1井)。位于一級油源斷裂F4下降盤兩端的Y10-1井和Y11-1井的油氣顯示層段和富集層系具有較大差異,其原因在于油源斷裂東西兩段的斷穿層位和活動強(qiáng)度存在差異:F4斷裂東段斷至海底,粵海期活動強(qiáng)度達(dá)1.27;F4斷裂西段僅斷至粵海組,粵海期活動強(qiáng)度為1.14,從而導(dǎo)致Y11-1井的最淺油氣顯示和油層為韓江組上段,并且還富集一定規(guī)模儲量,而Y10-1井的最淺油氣顯示和油層則為韓江組下段(圖9)。
圈閉是油氣富集的空間,其有效性對油氣富集程度具有重要影響。對陽江凹陷而言,圈閉有效性主要體現(xiàn)在2個方面,即控圈斷裂的封堵性和低幅構(gòu)造在油氣主成藏期的圈閉可靠程度。
前人在斷裂走向與應(yīng)力方向夾角、應(yīng)力性質(zhì)與斷裂封閉性等方面的研究表明,壓應(yīng)力斷裂的側(cè)向封閉性能優(yōu)于張扭應(yīng)力斷裂,張扭應(yīng)力斷裂的側(cè)向封閉性能優(yōu)于張應(yīng)力斷裂[21-22]。陽江凹陷的油氣富集規(guī)律也證實了張扭應(yīng)力斷裂的側(cè)向封閉性能優(yōu)于張應(yīng)力斷裂,3個有規(guī)模油氣發(fā)現(xiàn)的構(gòu)造(Y10-1、Y11-1、Y14-1)均受北西向張扭斷裂控制,而2個沒有規(guī)模油氣富集的構(gòu)造(Y12-1、Y15-1)均受東西向拉張斷裂控制,盡管油氣顯示非常豐富(圖9)。
除斷層封堵性能外,油氣成藏期的古構(gòu)造形態(tài)(即圈閉可靠程度)也是影響圈閉有效性的重要因素。例如,Y13-1井緊鄰Y10-1及Y11-1井,處于油氣的有利匯聚區(qū),但在油氣成藏期(晚韓江期至粵海期)構(gòu)造幅度很低,甚至無圈閉發(fā)育,導(dǎo)致該井僅有少量油層。
陽江東凹廣泛發(fā)育文昌組,其中恩平20洼最為完整。研究認(rèn)為,恩平20洼發(fā)育厚度大、面積廣的高豐度半深湖相烴源巖,多口井的鉆探結(jié)果也證實了這一點,而優(yōu)質(zhì)烴源巖為本區(qū)油氣勘探提供了豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)。烴源巖生成的油氣沿斷裂垂向運(yùn)移,運(yùn)移深度受控于斷裂的通源能力;沿油源斷裂垂向運(yùn)移的油氣遇到穩(wěn)定的泥巖蓋層后發(fā)生側(cè)向分流,在圈閉有效性好的構(gòu)造中富集成藏。因此,陽江凹陷油氣成藏模式即為烴源巖、斷裂、圈閉三者構(gòu)成的“源-斷-圈”耦合近源成藏(圖9)。
陽江凹陷油氣勘探的重大突破,打破了該地區(qū)長達(dá)40年的勘探困局,開辟了珠江口盆地油氣勘探新戰(zhàn)場?;谝寻l(fā)現(xiàn)的規(guī)模儲量所規(guī)劃的Y10、Y11油田群,不僅將實現(xiàn)陽江凹陷“零油田”的突破,也將加快恩平北帶E1、E2油田的儲采轉(zhuǎn)化進(jìn)程,對恩平北帶新區(qū)聯(lián)合開發(fā)具有巨大推動作用。另外,該地區(qū)仍有一系列潛力目標(biāo),烴源條件優(yōu)、油源斷裂發(fā)育、圈閉條件好,具有較大的油氣勘探潛力(圖8)。
陽江凹陷的油氣發(fā)現(xiàn),證實了陽江東凹為“小而肥”的生烴洼陷,顛覆了其為珠江口盆地邊緣貧生烴凹陷的傳統(tǒng)認(rèn)識。從凹陷基礎(chǔ)石油地質(zhì)特征分析出發(fā),厘清成藏主控因素,有的放矢,堅定了新區(qū)洼陷的勘探信心。珠江口盆地仍有諸多未實現(xiàn)突破的凹陷,積極借鑒陽江凹陷的勘探思路及策略,將有望實現(xiàn)更多新區(qū)的勘探突破,為南海東部海域油氣儲量增長提供保障。
1)陽江東凹、西凹烴源巖類型具有較大差異,東凹發(fā)育文昌組中深湖相主力烴源巖,兼有文昌組與恩平組淺湖貢獻(xiàn),西凹的主力烴源巖為恩平組淺湖-沼澤相沉積。陽江東凹、西凹主要目的層段儲層沉積特征差異較大,其中東凹主要儲層段為珠江組和韓江組,主體分別位于古珠江三角洲內(nèi)前緣和外前緣沉積相帶,分別由分流河道砂和河口壩砂構(gòu)成,相帶差異導(dǎo)致珠江組儲層物性優(yōu)于韓江組。NESW走向控洼斷裂與NW-SE向次級斷裂控制了陽江西凹和陽江24洼的圈閉形成,而近E-W走向控洼斷裂與NW-SE向次級斷裂控制了恩平19洼、恩平20洼及恩平21洼的圈閉形成。陽江東凹發(fā)現(xiàn)的油田為構(gòu)造油藏,富集層段是珠江組上段和韓江組下段,油氣為中—輕質(zhì)常規(guī)原油,油品較好。
2)陽江凹陷發(fā)育3個級別油源斷裂,各級別斷裂的通源能力控制了油氣富集層段,受斷裂應(yīng)力性質(zhì)及圈閉構(gòu)造幅度影響的圈閉有效性控制油氣富集程度,油氣成藏模式為由烴源巖、斷裂、圈閉三者構(gòu)成的“源-斷-圈”耦合近源成藏。
3)陽江凹陷油氣勘探的重大突破,開辟了珠江口盆地油氣勘探新戰(zhàn)場。積極借鑒陽江凹陷的勘探思路及策略,將有望實現(xiàn)更多新區(qū)的勘探突破,為南海東部海域油氣儲量增長提供保障。